Блог

Jun 10, 2023

Число клубеньков снижает относительную важность случайных процессов в сборке корня сои.

ISME Communications, том 3, номер статьи: 89 (2023 г.) Цитировать эту статью 2 Подробности об альтметрических метриках Идентификация экологических сил, которые структурируют микробные сообщества, связанные с корнями, является

ISME Communications, том 3, номер статьи: 89 (2023 г.) Цитировать эту статью

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Выявление экологических сил, которые структурируют микробные сообщества, связанные с корнями, является важным шагом на пути к более устойчивому сельскому хозяйству. Бобовые широко используются в качестве модельных растений для изучения сил отбора и их функционирования в растительно-микробных взаимодействиях благодаря их способности устанавливать мутуализм с ризобиями. Корневые клубеньки действуют как симбиотические органы, оптимизируя баланс затрат и выгод в этих мутуалистических отношениях путем регулирования количества клубеньков. Однако неизвестно, связано ли количество клубеньков со структурой корневых бактериальных сообществ. Здесь были исследованы корневые бактериальные сообщества сои, выращенной в естественной почве с помощью сортов сои с супер- или нормальным клубеньком, на четырех стадиях развития. Мы сравнили экологические процессы между сообществами и обнаружили снижение относительной важности нейтральных процессов для сои с суперклубеньками, хотя общие структуры напоминали структуры сои с нормальными клубеньками. Мы определили универсальные основные бактериальные популяции в каждом компартменте, связанном с корнем, которые являются общими для всех ниш, связанных с корнями, и сохраняются на всех стадиях развития. В пределах основных видов бактерий относительная численность видов бактерий в микробиоме ризосферы была связана с функциональными особенностями растения-хозяина и может использоваться для прогнозирования этих признаков по микробам с использованием алгоритмов машинного обучения. Эти результаты расширяют всестороннее понимание экологических сил и ассоциаций микробиоты в различных областях, связанных с корнями, и дают новые идеи для интеграции полезных растительных микробиомов в сельскохозяйственное производство для повышения производительности растений.

Растительный микробиом является неотъемлемой частью растительного «холобионта», который эволюционировал совместно со своим хозяином и оказывает глубокое влияние на свойства растения [1]. Тем не менее, отсутствует фундаментальное понимание экологических сил, структурирующих эти сообщества, и необходимо всестороннее определение закономерностей и принципов, формирующих микробиом. Общепринято считать, что состав микробного сообщества формируют как детерминированные, так и стохастические процессы [2]. Связанные с растениями микробиомы начинают формироваться вскоре после посева и развиваются по мере роста растений посредством четырех экоэволюционных процессов: экологического дрейфа, видообразования/диверсификации, расселения и отбора [3, 4]. Видообразование и расселение могут быть как стохастическим, так и детерминированным, в то время как экологический дрейф и отбор явно стохастические и детерминированные соответственно. Относительный вклад стохастических и детерминированных процессов и то, как они взаимодействуют в регулировании создания сообществ, остаются критическими вопросами.

Следует отметить, что для многих бобовых симбиоз корневых клубеньков определяет специфическое растительно-микробное взаимодействие, при котором колонизация ризобий инициируется в корневых волосках посредством трансклеточных нитей инфекции [5, 6]. Это усложняет структуру сборки сообщества [7,8,9,10]. Бобовые, в отличие от большинства наземных растений, могут образовывать корневые клубеньки, чтобы справиться с присутствием своих бактериальных партнеров. Формирование этих боковых корневых органов de novo обеспечивает размещение микросимбионтов внутри клеток-хозяев и обеспечивает средства контроля мутуализма между микробами и бобовыми [11, 12]. Во время развития клубеньков кортикальные клетки, которые делят ограниченные эндосимбиотические бактерии в корневых клубеньках, с помощью индуцируемого бактериями сигнального каскада и управляемой хозяином ауторегуляции клубеньков (AON), точно контролируют количество клубеньков и оптимизируют баланс затрат и выгод мутуалистических отношений. 13,14,15]. Нарушение ауторегуляции узелков часто приводит к аномальному количеству узелков. Нарушения в мутуалистических отношениях не ограничиваются бобовыми-хозяевами и могут также влиять на известный состав корневых бактериальных сообществ и стимулировать их распространение, что может распространяться на другие культуры, совмещенные или чередующиеся с бобовыми [7, 8]. Эта информация важна для понимания симбиотической эволюции бобовых и разработки симбиотической биологической фиксации азота (BNF) у небобовых растений, чтобы включить эти специализированные бинарные взаимодействия в контекст экологического сообщества.